Verso la xenotrapiantologia, un passo in avanti dettato dal trapianto di reni di maiali geneticamente modificati che si dimostrano funzionali nel corpo di primati non umani.
In un recente studio pubblicato sulla rivista Nature, un team di ricercatori provenienti dagli Stati Uniti ha utilizzato un donatore suino geneticamente modificato per sviluppare innesti renali, i quali sono stati successivamente trapiantati in un modello di primati non umani al fine di testarne la funzione di supporto vitale a lungo termine. La xenotrapiantologia, ossia l’uso di tessuti, organi o cellule non umane per applicazioni mediche sugli esseri umani, rappresenta una promettente soluzione alla carenza di organi a livello globale.
Tuttavia, affinché i trapianti xenogenici siano pronti per l’uso clinico, è necessario testarli in studi clinici affidabili e duraturi. Ciò può avvenire soltanto dopo che i trapianti xenogenici sviluppati in donatori suini geneticamente modificati vengano testati per efficacia e sicurezza in modelli di primati non umani.
Sebbene i tessuti renali ingegnerizzati in donatori suini siano stati testati in passato su alcune scimmie, e gli studi correlati hanno ugualmente contribuito a comprendere le sfide della xenotrapiantologia, quegli organi non erano ancora pronti per l’uso clinico.
Alcune delle sfide affrontate includono l’incompatibilità nella dimensione dell’organo xenogenico, poiché sono stati sviluppati in razze commerciali di maiali e risultano troppo grandi per sostituire gli organi umani. Le differenze nel numero di glicani tra primati non umani e umani generano incompatibilità e, spesso, questi innesti non esprimono tutti i geni umani. La presenza di sequenze retrovirali endogene (PERV) nei donatori suini presenterebbe anche un elevato rischio di malattie zoonotiche.
Nello studio in questione, i ricercatori hanno utilizzato una razza di maiali in miniatura – Yucatan – umanizzati come donatori suini per sviluppare innesti renali privati dei tre principali glicani e con i geni retrovirali suini inattivati.
Gli innesti sono stati anche ingegnerizzati per sovraesprimere i geni umani. Questi innesti renali sono stati successivamente trapiantati in macachi fasciculares o scimmie cinomolgue, che hanno funto da modelli di primati non umani per testare l’efficacia e la sicurezza degli innesti renali. La superficie cellulare delle cellule suine presenta tre principali glicani prodotti da tre geni coinvolti nella sintesi dei glicani – citidina monofosfo-N-acetilneuraminico idrossilasi, alfa-galattosiltransferasi glicoproteina 1 e N-acetilgalattosaminiltransferasi 2 beta-1,4.
Gli esseri umani e altri primati, come queste scimmie, presentano anticorpi preformati contro questi tre antigeni glicani, che causano il rigetto mediato dagli anticorpi degli innesti xenogenici che esprimono i tre glicani.
È stato utilizzato un disegno guida di RNA ribonucleico (RNA) singolo Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-CRISPR-associated protein 9 (Cas9) per mirare ai geni che codificano i tre principali glicani espressi sulle superfici cellulari suine.
Il nucleo delle cellule modificate è stato successivamente utilizzato per il trasferimento nucleare di cellule somatiche (SCNT) al fine di produrre maiali con tali modifiche. I maiali ottenuti dopo il SCNT erano tutti femmine della razza Sus scrofa domesticus. È stata utilizzata la colorazione immunoi-stochimica per confrontare campioni renali di otto settimane da suini Yucatan selvatici e transgenici al fine di determinare l’espressione di proteine umane come la trombomodulina, CD46, CD47, CD55, il recettore della proteina C endoteliale, ecc.
Inoltre, sono state misurate le intensità fluorescenti medie per le proteine transgeniche nei glomeruli, nei vasi sanguigni, nei tubuli e nei tessuti renali completi.
Sono state condotte varie analisi e misurazioni, come l’analisi della filtrazione glomerulare, il saggio di citotossicità, il saggio complesso trombina-antitrombina III (TAT), l’analisi dell’immunoglobulina anti-porcina dei primati (Ig) M e IgG, e molte altre, al fine di valutare la compatibilità e la sicurezza degli innesti xenogenici.
I reni xenogenici sono stati trapiantati in macachi fasciculares cinomolgue maschi e femmine e successivamente monitorati tramite ecografia, produzione di urina, ematologia, chimica clinica e analisi istopatologiche delle biopsie renali.
Risultati dello studio
I risultati hanno indicato che il donatore suino transgenico presentava 69 modifiche genomiche, tra cui l’eliminazione dei tre principali glicani di superficie, l’inattivazione dei geni retrovirali endogeni suini e la sovraespressione di geni umani.
Le diverse analisi funzionali condotte in vitro hanno suggerito che la modulazione dell’infiammazione da parte delle cellule endoteliali renali modificate geneticamente era sufficientemente forte da renderle difficili da distinguere dalle cellule endoteliali umane, indicando un elevato grado di compatibilità con il sistema immunitario umano.
I reni in cui erano stati eliminati solo i tre geni glicani suini hanno dimostrato una scarsa sopravvivenza dell’innesto dopo il trapianto nel modello di primati non umani. Al contrario, quelli modificati per eliminare i tre geni glicani e sovraesprimere geni umani hanno mostrato una sopravvivenza significativamente migliore nelle scimmie cinomolgue.
I ricercatori hanno segnalato che, sebbene l’eliminazione dei tre principali geni produttori di glicani abbia significativamente ridotto il legame degli anticorpi preformati agli antigeni suini, è stato comunque osservato un legame residuale degli anticorpi dovuto ai restanti xenoantigeni minori.
Inoltre, il saggio di citotossicità ha rilevato livelli più elevati di attività citotossica nei sieri dei modelli di scimmie rispetto a quelli degli esseri umani. Nel complesso, i risultati hanno fornito prove che l’espressione in vivo di geni umani ha migliorato significativamente la sopravvivenza degli innesti xenogenici rispetto all’inattivazione dei geni glicani suini da sola. Lo studio ha dimostrato che i primati non umani rappresentano un modello valido per gli studi preclinici al fine di testare i trapianti xenogenici, un ottima premessa per proseguire gli studi in tale direzione.
